第2章集散系统基础知识21体系22硬件

第2章集散系统基础知识21体系22硬件

●2.2集散控制系统的硬件系统●2.3集散控制系统的软件系统●2.4集散控制系统的基本功能本章主要内容22.1集散控制系统的体系结构本节内容提要☞集散控制系统体系结构的特征●纵向分层●横向分散●设备分级●网络分层☞按照功能，集散控制系统设备分为四级●现场控制级●过程控制级●过程管理级●经营管理级☞与四级设备对应的四层网络●现场网络●控制网络●监控网络●管理网络3图2.1集散控制系统的体系结构现场网络控制网络监控网络管理网络41.现场控制级(1)典型的现场控制级设备●各类传感器●各类变送器●各类执行器(2)现场控制级设备的主要任务●完成过程数据采集与处理。●直接输出操作命令、实现分散控制。●完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。5(1)过程控制级主要设备过程控制站、数据采集站、现场总线服务器①过程控制站●产生控制作用。●可以实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制等功能。6②数据采集站●接收大量的非控制过程信息；●不直接完成控制功能。③现场总线服务器●一台安装了现场总线接口卡与监控网络接口卡的计算机。7（1）过程管理级的主要设备①操作站●操作人员与相互交换信息的人机接口设备；●的核心显示、监视、操作和管理装置。②工程师站●对进行配置、组态、调试、维护。③监控计算机●实现对生产过程的监督控制；●机组运行优化和性能计算，先进控制策略的实现等。8（2）过程管理级设备的主要功能●对生产过程进行监测和控制；●对进行配置、组态、调试、维护；●对各种设计文件进行归类和管理；●实现对生产过程的监督控制，故障检测和数据存档。94.经营管理级（1）经营管理级的设备厂级管理计算机监视企业各部门的运行情况。生产装置的管理计算机具有能够对控制系统做出高速反应的实时操作系统。10（2）经营管理级设备的主要功能●监视企业各部门的运行情况；●实时监控承担全厂性能监视、运行优化、全厂负荷分配和日常运行管理等任务；●日常管理承担全厂的管理决策、计划管理、行政管理等任务。112.2集散控制系统的硬件系统本节内容提要☞控制站包括现场控制站和数据采集站等。●机柜●电源●控制计算机●其他部件☞操作站一般分为操作员站和工程师站。●操作台●微处理机系统●图形显示设备●操作键盘和鼠标●打印输出设备等☞冗余技术●冗余方式：多重化自动备用和手动备用。●冗余措施：通信网络冗余、操作站冗余、现场控制站冗余、电源冗余、输入/输出模块冗余。122.2.1现场控制站☞主要设备：现场控制单元。☞主要任务：进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。☞用户可以根据不同的应用需求，选择配置不同的现场控制单元以构成现场控制站。●以面向连续生产的过程控制为主，顺序逻辑控制为辅，构成一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站;●以顺序控制、联锁控制功能为主的现场控制站；●构成对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。131.机柜现场控制站机柜机柜间机柜组有了现场控制站，生产过程控制的安全性和可靠性都很容易得到保证中央控制室机柜间14现场控制单元多层卡件箱电源单元通信接口接线端子板机柜正面（前面）机柜背面（后面）现场控制站机柜15（1）电源系统的可靠性措施●每一个现场控制站均采用双电源供电，互为冗余。●采用超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏蔽层可靠接地，以克服共模干扰的影响。●采用交流电子调压器，快速稳定供电电压。●配有不间断供电电源，以保证供电的连续性。➢现场控制站内各功能模块所需直流电源一般为±5V、±15V(或±12V)、以及+24V。16（2）增加直流电源系统的稳定性措施●给主机供电与给现场设备供电的电源要在电气上隔离，以减少相互间的干扰。●采用冗余的双电源方式给各功能模块供电。●一般由统一的主电源单元将交流电变为24V直流电供给柜内的直流母线，然后通过转换方式将24V直流电源变换为子电源所需的电压。●主电源一般采用1:1冗余配置，而子电源一般采用N:1冗余配置。17新疆独山子石化目前使用的1550

容错型直流电源。18报警监视——所有关键部位均有自动报警监视，通过显示报警信息并可通过报警继电器触点输出。191550交流输入端子模块带2路独立的相互隔离的电源输入端子和报警输出端子20212223内置冷却风扇三个内置散热风扇，均带指示，内部统一报警监视。24所有模块均支持在线热插拔功能容错性:交流输入和直流24V输出都可配置成1模块冗余253.控制计算机控制器电源单元卡件现场总线接口卡件导轨控制计算机26➢控制计算机一般是由、存储器、输入/输出通道等基本部分组成。(1)●用以实现算术运算和逻辑运算。●可以执行复杂的先进控制算法，如自动整定、预测控制、模糊控制和自适应控制等。27(2)存储器●控制计算机的存储器分为和。●在控制计算机中占有较大的比例。●由于控制计算机在正常工作时运行的是一套固定的程序，中大都采用了程序固化的办法。●在冗余控制计算机系统中，还特别设有双端口随机存储器，其中存放有过程输入输出数据、设定值和参数等。28(3)总线●总线是将现场控制站内部各单元连接起来的通信介质。(4)输入/输出通道●模拟量输入/输出()●开关量输入/输出()●脉冲量输入通道()29①模拟量输入输出通道()●模拟量输入通道()➢模拟量输入通道()将来自在线检测仪表和变送器的连续性模拟电信号转换成数字信号，送给进行处理。●模拟量输出通道()➢模拟量输出通道()一般将计算机输出的数字信号转换为4~20(或1~5)的连续直流信号，用于控制各种执行机构。30②开关量输入/输出通道()●开关量输入通道()主要用来采集各种限位开关、继电器或电磁阀连动触点的开、关状态，并输入至计算机。●开关量输出通道()主要用于控制电磁阀、继电器、指示灯、声光报警器等只具有开、关两种状态的设备。31③脉冲输入通道()脉冲输入通道()将现场仪表（如涡轮流量计等）输出的脉冲信号处理后送入计算机。322.2.2操作站嵌入型台式操作站桌面型操作站信息报警站工程师站控制站显示器标准键盘主机操作站主机柜工作台中央控制室设备33●操作台

●微处理机系统

●外部存储设备

●图形显示设备

●操作键盘和鼠标

●打印输出设备操作站主要设备操作站设备34办公桌式操作台打印机显示器键盘计算机系统操作台做成一台桌子形式，桌台面上放置显示器和操作键盘，而处理机系统放在桌下或桌上。35集成式操作台操作台是一个金属整体，将处理机系统、显示器和操作键盘等嵌在其内。36双屏操作台上屏下屏操作键盘在一个操作台内嵌有上、下两个屏幕，双屏幕用一个处理机系统和一个操作键盘控制。37处理机——高性能的工业控制机38专用薄膜键盘系列39300X的操作员键盘40工程师站画面一41工程师站画面二42仪表面板显示画面操作员站画面一43时间范围前翻半页后翻半页当前显示在数据库中位置本页时间本页描述时间轴时间轴指示时间显示全部曲线消隐全部曲线趋势曲线显示画面操作员站画面二44报警显示画面操作员站画面三45故障诊断画面操作员站画面四46调整画面操作员站画面五47典型控制室布局482.2.3冗余技术1.冗余方式冗余技术多重化自动备用简易的手动备用后退运转同步运转待机运转49（1）多重化自动备用双重化配置输入输出输入输出三重化配置50①同步运转方式●让两台或两台以上的设备或部件同步运行，进行相同的处理，并将其输出进行核对。●两台设备同步运行，只有当它们的输出一致时，才作为正确的输出，这种系统称为“双重化系统”()。●三台设备同步运行，将三台设备的输出信号进行比较，取两个相等的输出作为正确的输出值，这就是设备的三重化设置。51②待机运转方式●同时配备两台设备，使一台设备处于待机备用状态。●当工作设备发生故障时，启动待机设备来保证系统正常运行。这种方式称为1:1的备用方式。●对于N台同样设备，采用一台待机设备的备用方式就称为N:1备用。●待机运行方式是中主要采用的冗余技术。52③后退运转方式●使用多台设备，在正常运行时，各自分担各种功能运行。●当其中之一发生故障时，其他设备放弃其中一些不重要的功能，进行互相备用。53（2）简易的手动备用方式●采用手动操作方式实现对自动控制方式的备用。●当自动方式发生故障时，通过切换成手动工作方式，来保持系统的控制功能。54●操作站的冗余：采用工作冗余的方式。●现场控制站的冗余：有的采用1:1冗余，也有的采用N:1冗余。采用无中断自动切换方式。●电源的冗余：除了220V交流供电外，还采用了镍镉电池、